光的吸收、散射和色散

光的吸收、散射和色散第一頁，共十三頁，2022年，8月28日

定義：光通過介質(zhì)后出現(xiàn)的出射光強小于入射光強的現(xiàn)象。解釋：用經(jīng)典電磁理論中的振子模型解釋：光能振動能熱能。2·1吸收定律朗伯定律：設(shè)光通過厚度為dx的介質(zhì)層時，光強由I減少為（I-dI），則有：成立，積分可得通過厚度為l的介質(zhì)后的光強I，

這就是朗伯定律，式中a稱吸收系數(shù)。I0II-dIdxxx+dxlX§2光的吸收第二頁，共十三頁，2022年，8月28日比爾定律：實驗表明：在濃度較低的溶液中，吸收系數(shù)a與溶液濃度C成正比，a=A·C。A為與溶液濃度C無關(guān)的常數(shù)，表征物質(zhì)的分子特性。代入a與C的關(guān)系，朗伯定律變形為:這稱為比爾定律。利用比爾定律通過測量I可得溶液的濃度C。第三頁，共十三頁，2022年，8月28日2·2吸收類型一般吸收：a值很小且不隨波長發(fā)生明顯變化，即呈現(xiàn)所謂“透明”狀態(tài)。選擇吸收：a值很大且隨波長發(fā)生急劇變化，即呈現(xiàn)“不透明”的狀態(tài)。吸收普遍存在于一切介質(zhì)中，任何介質(zhì)中都可發(fā)生兩種類型的吸收，關(guān)鍵取決于波長。2·3吸收光譜產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源在通過介質(zhì)后會產(chǎn)生吸收，所形成的光譜為吸收光譜，如圖6－5所示。吸收系數(shù)大的位置出現(xiàn)譜線消失。用途：物質(zhì)的定量分析；氣象、天文研究。第四頁，共十三頁，2022年，8月28日

定義：光通過某些介質(zhì)時，在偏離正常傳播方向上有光出射的現(xiàn)象。

3·1散射類型

1、瑞利散射發(fā)生于混濁介質(zhì)中。原因是在均勻介質(zhì)中包含許多線度比波長更小的、折射率不同的其他物質(zhì)的微粒。

2、分子散射發(fā)生于表面看來均勻純凈的介質(zhì)中。原因是介質(zhì)中分子密度起伏破壞了介質(zhì)的均勻性而導(dǎo)致?！?光的散射第五頁，共十三頁，2022年，8月28日3·2散射定律正常傳播方向上的光強:

因為散射分散了正常傳播方向上的光能量，表現(xiàn)為正常傳播方向上光強的減弱，故可用朗伯定律描述：

s稱散射系數(shù)，出射光仍為自然光。散射光的光強:

設(shè)觀察方向與正常傳播方向之間的夾角為，散射光強為：

注意，觀察面為X-O-Z平面，參見圖6--8。第六頁，共十三頁，2022年，8月28日3·3瑞利散射定律實驗表明：散射光中各種波長的能量不是均勻分布的，短波占有明顯優(yōu)勢，即有的關(guān)系成立，這個關(guān)系稱為瑞利定律。3、散射光的偏振特性：在垂直于光束的方向上（z）觀察，散射光為平面偏振光。其他方向上（y,c）觀察到的是部分偏振光。3·4分子散射是由物質(zhì)分子密度的漲落而引起的，它弱于瑞利散射。第七頁，共十三頁，2022年，8月28日

定義：光通過介質(zhì)時，傳播速度隨頻率而變化，因而不同波長的光具有不同的折射率值的現(xiàn)象。

4·1色散現(xiàn)象與經(jīng)典電磁理論的矛盾由麥克斯韋方程組可得：

由此可得n與頻率、波長無關(guān)?！?光的色散色散現(xiàn)象的客觀存在說明了電磁理論存在缺陷。只有在深入研究物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，才能解釋折射率隨頻率變化的原因。第八頁，共十三頁，2022年，8月28日

物質(zhì)的色散特性可用角色散率D描述：對棱鏡表征關(guān)系的存在，即表征物質(zhì)的色散特性。

4·2色散曲線和光譜

實驗中用正交棱鏡觀察法測量色散曲線，參見圖6－12。對棱鏡有最小偏向角,0可表示譜線的移動距離，即譜線可表示出n～之間的關(guān)系。色散曲線：第九頁，共十三頁，2022年，8月28日

實驗中通過測定不同波長的光對應(yīng)的0，得出n

～關(guān)系，即為色散曲線。插圖6---14：色散曲線的特點：

1、隨著波長值的變大，折射率值減小。

2、短波段色散曲線斜率較大，角色散率較大。

3、波長一定，介質(zhì)的折射率越大，色散曲線斜率越大。第十頁，共十三頁，2022年，8月28日特點：1、光譜線是非均勻排布的。

2、短波段的角色散率比長波段的大（可比較a、c）。

3、折射率大則角色散率大，光譜展開得寬（比較a、b）。色散光譜：利用攝譜儀拍攝了幾種物質(zhì)的色散光譜如下：第十一頁，共十三頁，2022年，8月28日由上兩式可得：,與正常色散曲線、光譜的特點相吻合。4·3色散類型及方程正常色散：

特點：波長變大時，折射率值n變小，角色散率D變小。一切無色透明介質(zhì)在可見光區(qū)域均表現(xiàn)為正常色散。描述正常色散時n

與關(guān)系的經(jīng)驗公式為科希方程：

a、b、c為由介質(zhì)特性決定的常數(shù)，由實驗得出。當(dāng)波長變化范圍不大時，科希方程可取近似形式：

第十二頁，共十三頁，2022年，8月28日反常色散：

在某些波段會出現(xiàn)，波長變大時折射率值增大的現(xiàn)象，這稱為反常色散。反常色散同樣是物質(zhì)的普遍性質(zhì)。反常色散與選